Новый проект в Баксанской нейтринной лаборатории с участием студентов НИЯУ МИФИ

В институте ядерных исследования российской Академии наук (ИЯИ РАН) готовится проект обновления Баксанской нейтринной обсерватории (БНО), расположенной в Баксанском ущелье в Приэльбрусье (поселок Нейтрино). Разрабатывается конструкция детектора, который будет чувствителен ко всем типам нейтрино низких энергий. Рабочим (детектирующим) веществом нового детектора является жидкий сцинтиллятор общей массой 10 килотонн.

Лабораторный корпус в поселке Нейтрино

Жидкий сцинтиллятор позволяет регистрировать события от нейтрино и антинейтрино одновременно, используя различные реакции взаимодействия нейтрино с веществом. Антинейтрино низких энергий регистрируется при помощи реакции обратного бета-распада на протоне (ОБР или IBD – inverse beta decay). Эта реакция использовалась для первого обнаружения антинейтрино в известном эксперименте Райнеса и Коуэна. Нейтрино же регистрируется по реакции рассеяния нейтрино на электронах мишени. Пример – детектор Борексино в Гран-Сассо массой 300 т. Кроме того, можно использовать и другие реакции, например, взаимодействие нейтрино и антинейтрино с ядрами углерода, входящими в состав жидкого сцинтиллятора. Однако, сечение этой реакции гораздо меньше, чем у реакции ОБР, а порог регистрации гораздо выше. Поэтому, ее можно использовать только для высокоэнергичных нейтрино, например от вспышек сверхновых.

Важной физической задачей для такого детектора будет исследование геонейтрино – антинейтрино, излучаемые радиоактивными элементами, расположенными в недрах Земли. Уже сейчас геонейтрино были зарегистрированы двумя детекторами: Борексино в Италии и КамЛАНД в Японии, однако, статистика событий в этих детекторах довольно мала, чтобы делать окончательные выводы о количестве радиоактивности в Земле и ее влиянии на тепловой поток Земли. Требуется более мощный детектор, который сможет регистрировать не только антинейтринное излучение от урана и тория, но и от калия. Регистрация калиевых нейтрино может решить проблему теплового потока Земли.

Однако жидкий сцинтиллятор большого объема имеет неустранимый фон от изотопа 14С, который присутствует в любом углеводороде и с ростом объема этот фон нарастает. В детекторе Борексино фон от 14С ограничивает возможность детектора измерять рр-нейтрино от Солнца, которые являются основной частью всего потока солнечных нейтрино. На сегодня имеются аргументы в пользу возможности создания сцинтиллятора с малым содержанием изотопа 14С. Работы по определению содержания 14С в различных растворителях ведутся непосредственно в БНО (руководитель проекта д.ф.-м.н. В.В. Синев).

В работах также принимают участие и магистранты НИЯУ МИФИ Мария Крыгина (2 курс) и Владислав Чернышов (1 курс). Они выполняют свои магистерские работы в ИЯИ РАН в лаборатории под руководством д.ф.-м.н., председателя ГАК кафедры №11 и НОЦ НЕВОД Л.Б. Безрукова. «Главное сейчас в моей научной работе – модернизировать модель расчета фоновых условий и получить надежный результат, который, я надеюсь, и обеспечит успешную защиту магистерской диссертации», – отметила Мария Крыгина.